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不同能源培养的Leptospirillum ferriphilum YSK在黄铁矿表面的吸附及表面性质的研究

作　者: 苏丽君
导　师: 周洪波；顾帼华
学　校: 中南大学
专　业: 微生物学
关键词: 黄铁矿嗜铁钩端螺旋菌吸附实时定量PCR 表面性质
分类号: Q93
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

嗜铁钩端螺旋菌(Leptospirillum ferriphilum)为革兰氏阴性菌,能够生长在极端酸性(pH1.5-1.8)环境中,只能通过氧化亚铁离子获得能量,是专性好氧微生物。在生物浸出研究中,嗜铁钩端螺旋菌被广泛报道,而且被认为是主要的铁氧化细菌。黄铁矿是分布最广的硫化矿,常与铜、钼、金、银、钴、镓等有色、稀贵金属元素伴生或共生。为了探讨细菌浸出黄铁矿的机理,提高工业实践中生物浸矿的效率,本文以不同能源培养的嗜铁钩端螺旋菌为研究对象,考察其生长特性的变化以及它们对黄铁矿的浸出效果；运用荧光实时定量PCR方法测定了它们在不同条件下在黄铁矿表面的吸附情况；通过吸附量、红外光谱、Zeta电位和接触角的测定以及原子力显微镜表面表征,考察黄铁矿与细菌作用后表面性质的变化,为揭示微生物与黄铁矿的作用机制奠定了基础。通过绘制L. ferriphilum YSK在不同能源物质(FeSO4·7H2O和黄铁矿)中的生长曲线,得知以黄铁矿为能源生长的L. ferriphilum YSK比以亚铁为能源生长的细菌的生长周期长。亚铁培养的细菌很快就能进入对数生长期,代时为22.1h；而黄铁矿培养的细菌进入对数生长期的时间较长,为12h左右,代时为33.2h,比以亚铁为能源培养的细菌大约长11个小时。黄铁矿的摇瓶浸出实验研究表明,黄铁矿的浸出是一个产酸的过程,浸出过程中pH值呈下降趋势,而氧化还原电位在浸出初期持续上升,形成较高的氧化还原电位有利于黄铁矿的浸出。黄铁矿培养的L. ferriphilum YSK比以亚铁为能源生长的细菌能先适应浸出体系的环境,浸出效果也较之好很多。浸出后期,溶液中积累了较高浓度的Fe3+,生成黄钾铁矾阻碍了黄铁矿的溶解,矿浆电位呈下降趋势,导致浸出速率减缓。应用实时荧光定量PCR研究不同能源培养的浸矿细菌L.ferriphilumYSK在黄铁矿上的吸附行为被证明是可行的,研究结果表明不同能源培养的L. ferriphilum在黄铁矿表面发生了明显的吸附现象,30分钟到40分钟之间两者都达到吸附平衡,但黄铁矿培养的L.ferriphilum在黄铁矿表面的吸附量比可溶性亚铁离子培养的高。在吸附过程中,细菌的表面性质起了至关重要的作用。溶液pH值的改变使得细菌的表面性质发生了变化,从而影响细菌在矿物表面的吸附行为,因此pH值被认为是影响浸矿细菌L. ferriphilum YSK在黄铁矿表面吸附的较为关键的因素,酸性条件下吸附量较高；而温度对浸矿细菌L. ferriphilumYSK在黄铁矿表面上的吸附行为有一定影响,在最佳生长温度时吸附量最高。对细菌和矿物的表面性质的研究表明,不同基质生长的L.ferriphilumYSK表面性质发生了一定的变化,黄铁矿培养的细菌比亚铁培养的细菌的接触角大,疏水性强,但是它们对黄铁矿表面性质的影响规律相似。透射电镜对浸矿细菌表面蛋白质的观察表明,固体基质(黄铁矿)中生长的细菌表面的蛋白质要比在可溶性亚铁离子中生长的细菌多,这也是导致固体基质培养的细菌疏水性更大的原因。细菌的吸附使黄铁矿的等电点朝细菌的等电点方向偏移。细菌在浸矿过程中的代谢使得黄铁矿中的铁元素在表面形成Fe2O3、FeOOH和Fe2(SO4)3等亲水物质导致黄铁矿表面亲水性增加。原子力显微镜测试表明L. ferriphilum菌对黄铁矿有较强的腐蚀能力。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-9
目录  9-12
第一章绪论  12-28
  1.1 生物冶金技术研究进展  12-17
    1.1.1 生物冶金的概念及发展  12-13
    1.1.2 浸矿微生物的种类及特性  13-15
    1.1.3 浸矿细菌的氧化途径及浸出机理  15-17
  1.2 浸矿细菌与硫化矿的复杂的界面作用  17-20
    1.2.1 细菌表面性质对细菌在矿物表面吸附的影响  17-18
    1.2.2 硫化矿矿物表面性质对细菌吸附的影响  18-19
    1.2.3 细菌吸附对矿物表面性质的影响  19-20
  1.3 浸矿细菌在硫化矿表面吸附量的测定方法  20-23
    1.3.1 显微镜直接计数法  20-21
    1.3.2 分光光度计法  21
    1.3.3 蛋白质水解测定法  21
    1.3.4 茚三酮比色法  21-22
    1.3.5 蛋白质沉淀法  22
    1.3.6 实时荧光定量PCR(Real-time quantitative PCR)  22-23
  1.4 黄铁矿微生物浸出现状  23-26
    1.4.1 黄铁矿微生物浸出机理研究  23-25
    1.4.2 黄铁矿微生物浸出的应用  25-26
  1.5 本文的研究目的与研究内容  26-27
    1.5.1 本文研究的目的和意义  26-27
    1.5.2 论文的研究内容  27
  1.6 本论文课题资助情况  27-28
第二章不同能源培养的L.ferriphilumYSK的生长特性以及对黄铁矿浸出的研究  28-40
  2.1 实验材料  28-30
    2.1.1 纯矿物  28-29
    2.1.2 菌种  29
    2.1.3 培养基  29
    2.1.4 实验仪器及实验试剂  29-30
  2.2 研究方法  30-31
    2.2.1 原始细菌的培养  30
    2.2.2 细菌以黄铁矿为能源的驯化培养  30-31
    2.2.3 细菌悬浮液的制备  31
    2.2.4 细菌的生长曲线的测定  31
    2.2.5 细菌的摇瓶浸出  31
  2.3 测试分析方法  31-33
    2.3.1 细菌计数  31-32
    2.3.2 原子吸收光谱分析  32
    2.3.3 浸出液矿浆pH值和氧化还原电位的测定  32-33
  2.4 结果和讨论  33-39
    2.4.1 不同能源培养L.ferriphilumhilumYSK的生长曲线  33-35
    2.4.2 不同能源培养L.ferriphilumYSK时溶液pH的变化  35-36
    2.4.3 不同能源培L.ferriphilumYSK时溶液电位的变化  36-37
    2.4.4 黄铁矿浸出过程中pH,氧化还原电位与浸出率的变化  37-39
  2.5 本章小结  39-40
第三章应用Real-time quantitative PCR研究不同能源培养L.ferriphilumYSK在黄铁矿表面的吸附  40-53
  3.1 实验材料与方法  40-41
    3.1.1 微生物和培养基  40
    3.1.2 纯矿物  40
    3.1.3 主要试剂与仪器  40-41
  3.2 实验方法  41-44
    3.2.1 DNA的提取  41
    3.2.2 吸附实验  41
    3.2.3 吸附率的测定  41-43
    3.2.4 细胞疏水性的测定  43-44
    3.2.5 细菌表面蛋白的观察  44
  3.3 结果与讨论  44-52
    3.3.1 PCR产物的特异性  44-45
    3.3.2 Real-time quantitative PCR的标准曲线和溶解曲线  45-46
    3.3.3 时间对吸附率的影响  46-47
    3.3.4 溶液pH值对吸附率的影响  47-48
    3.3.5 温度对吸附率的影响  48-49
    3.3.6 细菌表面疏水性的测定  49-50
    3.3.7 外膜蛋白的透射电镜观察  50-52
  3.4 本章小结  52-53
第四章 Leptospirillum ferriphilumYSK在黄铁矿表面的吸附及其表面性质的研究  53-64
  4.1 实验材料与方法  53
    4.1.1 微生物和培养基  53
    4.1.2 纯矿物  53
  4.2 实验方法  53-55
    4.2.1 吸附实验  53-54
    4.2.2 FT-IR分析  54
    4.2.3 动电位测试  54-55
    4.2.4 接触角测量  55
    4.2.5 黄铁矿表面形貌的观察  55
  4.3 结果与讨论  55-62
    4.3.1 吸附研究  55-57
    4.3.2 FT-IR光谱研究  57-58
    4.3.3 细菌与黄铁矿作用的动电性质研究  58-60
    4.3.4 细菌和矿物的接触角研究  60-61
    4.3.5 黄铁矿表面腐蚀形貌的观察  61-62
  4.4 本章小结  62-64
第五章结论  64-65
参考文献  65-73
致谢  73-74
硕士期间研究成果  74

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